家居監(jiān)控市場需求增長，如何選擇內(nèi)存技術(shù)以適應(yīng)新型系統(tǒng)架構(gòu)

作者：華邦電子DRAM營銷經(jīng)理 曾一峻

近年來，人工智能（AI）和機器學(xué)習(xí)（ML）技術(shù)產(chǎn)品需求激增。但研究發(fā)現(xiàn)，在自動駕駛等應(yīng)用中，讓機器學(xué)習(xí)人類與生俱來的技能和判斷力，簡直難若登天。盡管在部分領(lǐng)域，有關(guān)AI的炒作已經(jīng)超越現(xiàn)實，仍有不少采用ML功能的真實產(chǎn)品開始逐漸吸引消費者的目光。例如采用智能視覺的安防和家居監(jiān)控系統(tǒng)，就擁有巨大的潛力：分析公司Strategy Analytics預(yù)測，2019年至2023年間，家居安防攝像頭市場的增長率將超過50%，市值將從80億美元增至130億美元。

由于影像和場景識別被認(rèn)為是最適合發(fā)展ML技術(shù)的功能之一，智能攝像頭得以蓬勃發(fā)展。家居監(jiān)控系統(tǒng)中的智能功能可用于：

· 看護老年人或弱勢群體

· 監(jiān)測嬰兒睡眠時呼吸是否正常

· 識別住戶或?qū)櫸锏拿娌浚ɡ缰悄荛T鈴或智能寵物門），自動允許他們進入

· 監(jiān)控住宅周邊的可疑活動，并觸發(fā)入侵警報

這些搭載高級圖像信號處理器（ISP）的新型智能監(jiān)控系統(tǒng)，其實就是具有特定功能的計算機。這一類的最新產(chǎn)品采用類似于計算機的架構(gòu)，需要依靠高速DRAM系統(tǒng)的低延遲、高帶寬作業(yè)來儲存在ISP上執(zhí)行的應(yīng)用程序代碼。本文將探討影響新型家居安防監(jiān)控系統(tǒng)類別中DRAM技術(shù)選擇的因素，并說明DRAM的發(fā)展如何對應(yīng)ISP型架構(gòu)的特定需求。

功能完善的計算機攝像頭系統(tǒng)內(nèi)存

用于家居安防監(jiān)控的最新智能攝像頭，使用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)來進行影像或場景識別。這些監(jiān)控系統(tǒng)包含推理引擎：這是一種經(jīng)過訓(xùn)練的軟件算法，可以通過檢視和分析訓(xùn)練數(shù)據(jù)集中所含的數(shù)千或數(shù)百萬個已標(biāo)記影像，“學(xué)會”識別影像或場景類型。

圖1：NetGear Arlo，早期的AI家居安防攝像頭之一。（影像出處：Scott Lewis，根據(jù)創(chuàng)作共享授權(quán)）

執(zhí)行推理引擎是一項運算量很大的工作負(fù)載，因此一些最新的家居監(jiān)控系統(tǒng)會搭載高效能的整合式ISP，以及芯片組制造商（例如Ambarella）的AI推理引擎，這些ISP通常采用功能強大的Arm? Cortex?-A系列應(yīng)用處理器核心。

另一種常見家居安防攝像頭設(shè)計的方法是“Light AI”，該方法使用Omnivision、Kneron和NXP Semiconductors等制造商所生產(chǎn)的體積較小、功能較少的芯片組。雖然Omnivision和NXP已是全球知名的高級傳感器和處理器芯片供貨商，但隨著近幾年Kneron迅速崛起，該公司成為AI技術(shù)的領(lǐng)導(dǎo)者，其KL520被EE Times評選為十大邊緣AI應(yīng)用芯片組之一（www.eetimes.eu/top-10-processors-for-ai-acceleration-at-the-endpoint/）。

因此，這些以AI為出發(fā)點的家居監(jiān)控系統(tǒng)其實也應(yīng)算是計算機攝像頭（如圖1），與老式的閉路電視（CCTV） 攝像頭，或單純記錄場景含有時間戳視頻片段的安防攝像頭，是完全不同的裝置。新一代的家居安防攝像頭采用計算機型態(tài)的架構(gòu)，并配備充足的高速DRAM內(nèi)存來儲存復(fù)雜的推理引擎和其他應(yīng)用程序代碼 （如圖2）。

圖2：家居安防攝像頭的典型系統(tǒng)架構(gòu)包含支持ISP的DRAM系統(tǒng)內(nèi)存（以Ambarella CV25S為例）

但家居監(jiān)控系統(tǒng)不同于平板電腦、智能手機或其他通用型計算機，具有專用的影像和推理功能，可充分發(fā)揮組件和系統(tǒng)架構(gòu)的效能。這代表DRAM單純是為了滿足影像信號處理功能的需求，而非一般的運算任務(wù)。

因此，家居安防攝像頭制造商發(fā)現(xiàn)，相比使用智能手機或筆記本電腦中常見的高容量4GB、8GB DRAM，專用的低容量或中容量LPDRAM更具優(yōu)勢。

圖3：展示板上為Kneron KL520 SoC。KL520神經(jīng)處理單元（NPU）獲EE Times評選為十大邊緣AI應(yīng)用芯片組之一 （KL520內(nèi)含華邦512Mb LPDDR2 KGD）

省電、長效且可靠

能耗問題極大地影響了制造商對DRAM類型以及DRAM供貨商的選擇。針對高端計算機和平板電腦，OEM需要盡量提高DRAM內(nèi)存容量和帶寬最大化，并盡量降低成本，因此必須選擇采用領(lǐng)先工藝制程的最新DRAM技術(shù)。

相比之下，家居安防和監(jiān)控攝像頭更注重：

· 省電：例如，智能視頻門鈴的設(shè)計必須延長其一次性堿性電池的工作時間，以最大程度地減少更換電池的頻率。

· 長效：根據(jù)家居監(jiān)控系統(tǒng)市場的經(jīng)濟狀況要求，一款成功的設(shè)計必須在市場上維持三年以上。因此，供貨商必須保障這些設(shè)計中的組件有長效的使用壽命，避免OEM定期重新設(shè)計硬件。

· 可靠性：由于家居監(jiān)控系統(tǒng)必須安裝在精確的固定位置才能拍攝到所需的場景，這意味著維修和更換都需要技術(shù)人員到場處理，相比將故障的筆記本電腦寄回維修中心，成本要高出許多。因此，客戶和OEM都非常重視單個組件及整體系統(tǒng)的可靠性。

以上因素也將影響OEM對DRAM產(chǎn)品和供貨商的評估。專用內(nèi)存制造商，與采用頂尖制程并專注于PC和服務(wù)器市場的大型DRAM制造商，兩者的方法形成鮮明對比。

DRAM的專業(yè)供貨商能為可采用傳統(tǒng)DRAM技術(shù)運作的應(yīng)用提供多元的產(chǎn)品，而非供應(yīng)最先進的產(chǎn)品。例如，華邦供應(yīng)的產(chǎn)品包括DDR、DDR2和DDR3標(biāo)準(zhǔn)版本的SDRAM，還有用于功率敏感設(shè)計的低功耗LPDDR、LPDDR2、LPDDR3、LPDDR4和LPDDR4x行動內(nèi)存（Mobile DRAM）。

主流DRAM制造商的制程也針對內(nèi)存容量和晶粒成本進行了優(yōu)化。選擇不采用尖端技術(shù)的制造商可以自由改進傳統(tǒng)制程，更全面地滿足工業(yè)、汽車、醫(yī)療和消費市場的需求。華邦在臺灣的行動內(nèi)存晶圓廠實施的制程，能最大程度降低裝置的功耗，從而幫助華邦的標(biāo)準(zhǔn)版DRAM產(chǎn)品提供比競爭對手的標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品更好的電源性能。

家居監(jiān)控系統(tǒng)的OEM也需要依賴其所選組件的可靠性，其中專用內(nèi)存供貨商的作業(yè)配置也是為了滿足市場需求。華邦的LPDRAM可以提供高可靠性保證。

最后，雖然主流的高容量DRAM功能接口與PC和服務(wù)器所使用的x86微處理器架構(gòu)兼容，但專用DRAM能進行調(diào)整，以更簡易的方式與其他類型的處理器（尤其是Arm架構(gòu)裝置）整合。為了簡化家居監(jiān)控系統(tǒng)制造商的系統(tǒng)整合，華邦與ISP芯片組制造商合作，為智能監(jiān)控攝像頭的參考設(shè)計板提供支持。

支持快速開發(fā)更高級的監(jiān)控系統(tǒng)

隨著人工智能和機器學(xué)習(xí)技術(shù)的發(fā)展，為了支持ISP，市場對更大信號處理量和更高速內(nèi)存的需求將持續(xù)增長。專用DRAM的發(fā)展規(guī)劃應(yīng)包含引進新標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)（例如LPDDR4/4x），以提供更大的帶寬。華邦的DRAM和Flash內(nèi)存產(chǎn)品以國際質(zhì)量認(rèn)證及高質(zhì)量制造流程為后盾，讓OEM廠商有信心在家居與安防監(jiān)控系統(tǒng)中建構(gòu)更具智能的新功能。